JP7144609B2 - Semiconductor equipment and automotive electronic control equipment - Google Patents
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Description
本発明は、多層配線技術を用いて構成される半導体装置の構造に係り、特に、素子のペア性バラツキが小さく高信頼性が要求される半導体装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to the structure of a semiconductor device constructed using a multi-layer wiring technology, and more particularly to a technology effectively applied to a semiconductor device that requires small variation in pairing properties of elements and high reliability.
アナログ集積回路に多用されるカレントミラー回路は、入力側と出力側のMOSトランジスタのサイズにより、入力電流を所望の倍率(ミラー比)に変換して出力する。カレントミラー回路を用いた半導体集積回路装置を高精度で動作させるためには、カレントミラー回路を構成するトランジスタのペア性のバラツキの低減およびペア性の経時変動の抑制が求められる。 A current mirror circuit, which is often used in analog integrated circuits, converts an input current to a desired magnification (mirror ratio) according to the sizes of MOS transistors on the input side and the output side, and outputs the result. In order to operate a semiconductor integrated circuit device using a current mirror circuit with high accuracy, it is required to reduce variations in the pairing properties of the transistors forming the current mirror circuit and to suppress changes over time in the pairing properties.
また、半導体集積回路装置では、通常、トランジスタやダイオード、抵抗、容量などの素子を接続する金属配線が層間絶縁膜(層間酸化膜)を介してこれらの素子上に形成される。金属配線(配線パターン)は、金属膜と絶縁膜の成膜と、リソグラフィによるパターン形成を繰り返すことにより形成される。 In a semiconductor integrated circuit device, metal wirings for connecting elements such as transistors, diodes, resistors, and capacitors are usually formed on these elements via an interlayer insulating film (interlayer oxide film). A metal wiring (wiring pattern) is formed by repeating formation of a metal film and an insulating film and pattern formation by lithography.
一般に、多層金属配線を形成する場合、トランジスタから遠い上層の配線層は、チップ内の長い距離の接続や電源幹線などに使用され、インピーダンス低減のため、トランジスタに近い下層配線より配線が厚い配線、または、広幅の配線が使用されることが多い。また、近年、大電流を制御するためのパワートランジスタを搭載した半導体装置などでは、半導体装置のパッシベーション膜上層にさらに広幅かつ厚膜の銅再配線(Copper Redistribution)を使用する場合がある。 In general, when forming multi-layered metal wiring, upper wiring layers far from transistors are used for long-distance connections within the chip and power main lines. Alternatively, wide wiring is often used. Further, in recent years, in a semiconductor device equipped with a power transistor for controlling a large current, a wider and thicker copper redistribution may be used in the upper layer of the passivation film of the semiconductor device.
ところで、半導体基板上に形成される金属膜及び絶縁膜は半導体基板との線膨張係数が異なるため、半導体素子周辺の環境温度や自己発熱による温度変化により、半導体素子に熱ひずみが生じる。トランジスタや抵抗などの素子周辺に配置した配線パターンの熱ひずみは、これらの素子の電気特性のバラツキや変動の要因となる。 Incidentally, since a metal film and an insulating film formed on a semiconductor substrate have different coefficients of linear expansion from that of the semiconductor substrate, thermal strain occurs in the semiconductor element due to temperature changes due to environmental temperature around the semiconductor element and self-heating. Thermal strain of wiring patterns arranged around elements such as transistors and resistors causes variations and fluctuations in the electrical characteristics of these elements.
配線パターンに起因した素子の経時変化を低減する技術として、例えば、特許文献1がある。特許文献1は、ペアを構成するMOSトランジスタ上層のダミー配線の配置を規定することにより、MOSトランジスタへのダミー配線の影響を低減する技術である。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-300000 discloses a technique for reducing aging of an element caused by a wiring pattern. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200001 discloses a technique for reducing the influence of dummy wirings on MOS transistors by defining the layout of dummy wirings in the upper layer of MOS transistors forming a pair.
特許文献1には「トランジスタの上層に配置された機械的化学研磨平均化用のダミー配線とを有する半導体装置であって、前記ダミー配線が、平面的に見て前記ペアリングトランジスタのいずれにも重ならないか、または第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタに重なる部分が、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとで同等になるように配置されている、半導体装置」と記載されている。
前述のように、トランジスタから遠い上層配線層は、広幅の配線が使用される場合がある。これらの配線幅は、ペアを構成するトランジスタの各トランジスタサイズより広く、ペアトランジスタの配列の全体より狭い場合がある。このような広幅配線をペアトランジスタ周辺に配置する場合、各トランジスタから見た配線パターンが同等となるようにするには、トランジス配列を広幅配線が迂回するようにする必要があり、チップサイズが増加する課題があった。 As described above, wide wiring may be used in upper wiring layers far from transistors. The width of these wirings is wider than each transistor size of transistors forming a pair, and may be narrower than the entire array of pair transistors. When such wide wiring is placed around paired transistors, it is necessary to make the wide wiring bypass the transistor arrangement in order to make the wiring pattern seen from each transistor the same, which increases the chip size. I had a problem to do.
特に、アナログデジタル変換機などに使用されるカレントミラー回路では構成するトランジスタ数が多いため、チップサイズへの影響が大きい。 In particular, current mirror circuits used in analog-to-digital converters and the like have a large number of transistors, which greatly affects the chip size.
そこで、本発明の目的は、カレントミラー回路を備える半導体装置において、カレントミラー回路のミラー比のバラツキ低減および素子のペア性の経時変化を抑制可能な信頼性の高い半導体装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a highly reliable semiconductor device including a current mirror circuit capable of reducing variations in the mirror ratio of the current mirror circuit and suppressing changes in element pairing over time. .
上記課題を解決するために、本発明は、複数の半導体素子が並列に接続された第1の半導体素子グループと、前記第1の半導体素子グループと同層に配置され、複数の半導体素子が並列に接続された第2の半導体素子グループと、前記第1の半導体素子グループおよび前記第2の半導体素子グループよりも上層に配置され、前記第1の半導体素子グループおよび前記第2の半導体素子グループの各半導体素子の幅よりも広い幅の複数の配線と、を備え、前記第1の半導体素子グループと前記第2の半導体素子グループは対をなして所定のペア精度を有する回路を構成し、前記第1の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い位置の前記配線までの平面方向の各距離の組み合せと、前記第2の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い位置の前記配線までの平面方向の各距離の組み合せが等しくなるように前記複数の配線が配置されている。 In order to solve the above problems, the present invention provides a first semiconductor element group in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel, and a semiconductor element group arranged in the same layer as the first semiconductor element group, in which the plurality of semiconductor elements are arranged in parallel. a second semiconductor element group connected to the second semiconductor element group, and arranged in a layer above the first semiconductor element group and the second semiconductor element group, the semiconductor element group of the first semiconductor element group and the second semiconductor element group a plurality of wirings having a width wider than that of each semiconductor element, wherein the first semiconductor element group and the second semiconductor element group are paired to form a circuit having a predetermined pair accuracy; A combination of distances in the plane direction from each semiconductor element of the first semiconductor element group to the wiring closest in the plane direction, and distances of the positions closest to the semiconductor elements in the second semiconductor element group in the plane direction. The plurality of wirings are arranged so that the combinations of distances in the plane direction to the wirings are equal.
本発明によれば、カレントミラー回路を備える半導体装置において、カレントミラー回路のミラー比のバラツキ低減および素子のペア性の経時変化を抑制可能な信頼性の高い半導体装置を実現できる。 According to the present invention, in a semiconductor device including a current mirror circuit, it is possible to realize a highly reliable semiconductor device capable of reducing variations in the mirror ratio of the current mirror circuit and suppressing temporal changes in pairing of elements.
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same configurations are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions of overlapping portions are omitted.
図1から図7を参照して、本発明の実施例1の半導体装置について説明する。なお、図6および図7は、本発明を分かり易くするために比較例として示す従来の半導体装置の平面図と回路図である。 A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. 6 and 7 are a plan view and a circuit diagram of a conventional semiconductor device shown as a comparative example to facilitate understanding of the present invention.
図1は本実施例の半導体装置内におけるカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタM01~M74と広幅配線20の平面的な位置関係を示した例である。図1に示すように、複数のMOSトランジスタM01~M74の配列はX方向に配置され、複数の広幅配線20はそれぞれMOSトランジスタM01~M74に垂直なY方向に延伸して配置されている。また、1つの広幅配線20の幅W2は1つのMOSトランジスタの幅W1の約4倍である。
FIG. 1 is an example showing a planar positional relationship between the MOS transistors M01 to M74 forming the current mirror circuit and the
図2に図1に示す半導体装置の回路図を示す。図2のミラー回路のミラー元は、ミラー端子100に4個のMOSトランジスタM01~M04が並列接続されて構成される。また、ミラー先も、ミラー端子101~107の各々にそれぞれ4個のMOSトランジスタM11~M14、M21~M24などが並列接続されて構成される。但し、図1のMOSトランジスタの配置順は図2と異なってもよい。
FIG. 2 shows a circuit diagram of the semiconductor device shown in FIG. The mirror circuit of FIG. 2 has a
図1において、MOSトランジスタは、左からM01~M71、M02~M72、M03~M73、M04~M74のように、並列にMOSトランジスタを分散して配置する。 In FIG. 1, the MOS transistors are distributed and arranged in parallel like M01 to M71, M02 to M72, M03 to M73, and M04 to M74 from the left.
また、M01~M31は左からM01、M11、M21、M31の順で配置し、M02~M32は左からM12、M22、M32、M02のように、1つずつ順序を変える。M03~M43、M04~M44も同様に順序を変えて配置する。M41~M71、M42~M72、M43~M73、M44~M74についても同様に1つずつ順序を変えて配置する。 Also, M01 to M31 are arranged in the order of M01, M11, M21 and M31 from the left, and M02 to M32 are arranged in the order of M12, M22, M32 and M02 from the left one by one. M03 to M43 and M04 to M44 are similarly arranged in different order. Similarly, M41 to M71, M42 to M72, M43 to M73, and M44 to M74 are arranged in a different order one by one.
ここで、図3Aおよび図3Bを用いて、MOSトランジスタに対する配線パターンの応力の影響について説明する。図3Aはシリコン基板(半導体基板)300、シリコン酸化膜400、シリコン(Si)層301からなるSOI基板上に層間酸化膜であるシリコン酸化膜401、ポリイミド膜500、銅配線200を配置した熱応力シミュレーションモデルの断面図である。また、図3Bは図3Aのシリコン層301とシリコン酸化膜401の界面302におけるひずみ量のシミュレーション結果である。
3A and 3B, the influence of the wiring pattern stress on the MOS transistor will be described. FIG. 3A shows thermal stress in which a
図3Bに示すように、シリコン界面302の熱ひずみは上層配線(銅配線200)の影響を受け、配線端からの平面的な距離に依存して変化する。また、シリコン内の電子やホールの移動度はシリコンのひずみ量に依存する。このように、半導体素子の電気特性は配線パターンとの位置関係により変わるため、ペア性が要求される半導体素子では、各素子の上層配線パターンの配置や形状等を考慮する必要がある。
As shown in FIG. 3B, the thermal strain of the
次に、本実施例における構成要素であるMOSトランジスタと広幅配線20の詳細な位置関係を説明する。図4は、図1の左から8個のMOSトランジスタM01~M71の領域を拡大して示した平面図である。また、図5は図4のA-A’断面図である。図4および図5において、MOSトランジスタM01~M71に対し、MOSトランジスタに近い上層の配線層10のパターンは各MOSトランジスタから見て同じになるようにレイアウトされており、これらの配線層10がMOSトランジスタに与えるひずみは、各MOSトランジスタで同等である。
Next, the detailed positional relationship between the MOS transistor and the
MOSトランジスタM01、M11、M21、M31から広幅配線20の配線端までの平面方向の距離をそれぞれD2、D1、E1、E2とする。M41~M71と広幅配線20の配線端までの平面方向の距離も同様である。M01~M71はさらに上層の広幅配線20の有無と配線端からの平面方向の距離が異なるため、広幅配線20による熱ひずみの影響が異なりMOSトランジスタのペア性が低下する。
Let D2, D1, E1 and E2 be the distances in the planar direction from the MOS transistors M01, M11, M21 and M31 to the wiring end of the
しかし、図2の回路において、図1のようにMOSトランジスタと広幅配線20を配置した場合、図2の各ミラー端子101~107に対するMOSトランジスタの組において、MOSトランジスタから最も近い広幅配線20までの平面方向の距離の組み合わせは、例えば、以下のようになる。
However, in the circuit of FIG. 2, when MOS transistors and
≪ミラー端子100≫(ミラー元)
トランジスタM01~M04:広幅配線20までの距離D2、E2、E1、D1
≪ミラー端子101≫(ミラー先)
トランジスタM11~M14:広幅配線20までの距離D1、D2、E2、E1
≪ミラー端子102≫(ミラー先)
トランジスタM21~M24:広幅配線20までの距離E1、D1、D2、E2
≪ミラー端子103≫(ミラー先)
トランジスタM31~M34:広幅配線20までの距離E2、E1、D1、D2
ミラー端子104からミラー端子107についても同様であり、いずれも(D1、D2、E1、E2)の組み合せになるため、図2のミラー端子毎のMOSの電気特性は同じになる。従って、カレントミラー回路として、ミラー元と各ミラー先のペア性が確保できる。<<mirror terminal 100>> (mirror source)
Transistors M01 to M04: Distances D2, E2, E1, D1 to
<<mirror terminal 101>> (mirror tip)
Transistors M11 to M14: Distances D1, D2, E2, E1 to
<<mirror terminal 102>> (mirror tip)
Transistors M21 to M24: Distances E1, D1, D2, E2 to
<<mirror terminal 103>> (mirror tip)
Transistors M31 to M34: Distances E2, E1, D1, D2 to
The same is true for the
本実施例は、複数の半導体素子(MOSトランジスタM01~M04)を並列に接続した第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)と、複数の半導体素子(MOSトランジスタM11~M14)を並列に接続した第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)と、を少なくとも有するペア性が要求される回路と、各半導体素子グループ(100、101)の上層に形成され、半導体素子M01の1個の幅よりも広い幅の複数の配線と、を備え、第1の半導体素子グループ(100)を構成する各半導体素子(M01~M04)から平面方向に最も近い位置の広幅配線20までの平面方向の各距離(D2,E2,E1,D1)の組み合せと、第2の半導体素子グループ(101)を構成する各半導体素子(M11~M14)から平面方向に最も近い位置の広幅配線20までの平面方向の各距離(D1、D2、E2、E1)の組み合せとが同じとなるように複数の広幅配線20が配置されている構成とすることで、第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)が広幅配線20から受ける応力の影響と第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)が広幅配線20から受ける応力の影響をほぼ等しくすることが可能となる。
In this embodiment, a first semiconductor element group (group of mirror terminals 100) in which a plurality of semiconductor elements (MOS transistors M01 to M04) are connected in parallel and a plurality of semiconductor elements (MOS transistors M11 to M14) are connected in parallel. A circuit that requires pairability and at least a connected second semiconductor element group (group of mirror terminals 101); and a plurality of wirings having a width wider than the width of the semiconductor element group (100) from each semiconductor element (M01 to M04) constituting the first semiconductor element group (100) to the
応力による劣化具合を等しくできるため、第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)と第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)のペア性の維持が可能となり、経年劣化(経時変化)を抑制することが可能となる。 Since the degree of deterioration due to stress can be made equal, it is possible to maintain pairing between the first semiconductor element group (group of mirror terminals 100) and the second semiconductor element group (group of mirror terminals 101), and aging deterioration (change over time) can be achieved. ) can be suppressed.
なお、本実施例ではペア性が要求される回路としてカレントミラー回路を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、ペア性(ペア精度)が要求される他の回路にも広く適用することが可能である。 In this embodiment, a current mirror circuit is used as an example of a circuit that requires pairability, but the present invention is not limited to this, and can be widely applied to other circuits that require pairability (pair accuracy). It is possible to
また、各半導体素子グループを構成するMOSトランジスタ(半導体素子)の数が4つである構成を例に挙げたが、これに限定されるものではない。同様にペア性が要求される回路を構成する半導体素子グループの数も7個に限定されるものではない。 Moreover, although the configuration in which the number of MOS transistors (semiconductor elements) forming each semiconductor element group is four has been exemplified, the present invention is not limited to this. Similarly, the number of semiconductor element groups forming a circuit that requires pairing is not limited to seven.
一方、図6および図7に示す従来の半導体装置では、カレントミラー回路を構成するMOSトランジスタを分散せずに配置しており、この場合、広幅配線20の影響はMOSトランジスタM0~M7で異なるものがあるため、MOSトランジスタのペア性が低下し、カレントミラー回路のミラー比もミラー先ごとに異なる。
On the other hand, in the conventional semiconductor device shown in FIGS. 6 and 7, the MOS transistors forming the current mirror circuit are arranged without being dispersed, and in this case, the influence of the
以上説明したように、本実施例の半導体装置は、複数の半導体素子(MOSトランジスタM01~M04)が並列に接続された第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)と、第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)と同層に配置され、複数の半導体素子(MOSトランジスタM11~M14)が並列に接続された第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)と、第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)および第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)よりも上層に配置され、第1の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)および第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)の各半導体素子の幅W1よりも広い幅W2の複数の広幅配線20を備えており、第1の半導体素子グループ
(ミラー端子100のグループ)と第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)は対をなして所定のペア精度を有する回路を構成し、第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)の各半導体素子(MOSトランジスタM01~M04)から平面方向において最も近い位置の広幅配線20までの平面方向の各距離の組み合せと、第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)の各半導体素子(MOSトランジスタM11~M14)から平面方向において最も近い位置の広幅配線20までの平面方向の各距離の組み合せが等しくなるように複数の広幅配線20が配置されている。As described above, the semiconductor device of this embodiment includes a first semiconductor element group (group of mirror terminals 100) in which a plurality of semiconductor elements (MOS transistors M01 to M04) are connected in parallel, and a first semiconductor element group (group of mirror terminals 100). A second semiconductor element group (group of mirror terminals 101) arranged in the same layer as the element group (group of mirror terminals 100) and in which a plurality of semiconductor elements (MOS transistors M11 to M14) are connected in parallel; are arranged above the semiconductor element group (group of mirror terminals 100) and the second semiconductor element group (group of mirror terminals 101), and are arranged above the first semiconductor element group (group of mirror terminals 101) and the second semiconductor element group (group of mirror terminals 101). A plurality of
また、上記回路はカレントミラー回路であり、第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)はカレントミラー回路のミラー元であり、第2の半導体素子グループ
(ミラー端子101のグループ)はカレントミラー回路のミラー先である。The above circuit is a current mirror circuit, the first semiconductor element group (group of mirror terminals 100) is a mirror source of the current mirror circuit, and the second semiconductor element group (group of mirror terminals 101) is a current mirror circuit. The circuit is mirrored to.
これにより、カレントミラー回路を備える半導体装置において、カレントミラー回路のミラー比のバラツキ低減および素子のペア性の経時変化を抑制可能な信頼性の高い半導体装置を実現することができる。 As a result, in a semiconductor device including a current mirror circuit, it is possible to realize a highly reliable semiconductor device capable of reducing variations in the mirror ratio of the current mirror circuit and suppressing temporal changes in pairing of elements.
また、本実施例の半導体装置を車載用電子制御装置に搭載することで、車載用電子制御装置の信頼性向上を図ることができる。 Moreover, by mounting the semiconductor device of the present embodiment in a vehicle electronic control device, it is possible to improve the reliability of the vehicle electronic control device.
図8から図11を参照して、本発明の実施例2の半導体装置について説明する。図8は本実施例の半導体装置内におけるカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタM01~M74と、広幅配線20と、広幅配線20とは異なる配線層の広幅配線30の平面的な位置関係を示した例である。図8において、MOSトランジスタM01~M74と広幅配線20は図1と同じである。また、本実施例のカレントミラー回路は図2と同じである。図8のB-B’断面を図9に示す。
A semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 11. FIG. FIG. 8 shows a planar positional relationship among the MOS transistors M01 to M74 constituting the current mirror circuit in the semiconductor device of this embodiment, the
以下に、本実施例のMOSトランジスタと広幅配線20,広幅配線30の詳細な配置を説明する。図10は図8の左から8個のMOSトランジスタM01~M71の領域を拡大して示した平面図であり、図11は図10のC-C’断面図である。図10および図11において、MOSトランジスタM01~M71と広幅配線20との平面方向の距離D1、D2、E1、E2は実施例1の図4、図5と同じである。
The detailed arrangement of the MOS transistors and the
図10および図11に示すように、広幅配線30とMOSトランジスタM01、M11、M21、M31との平面方向の距離をそれぞれG1、F1、F2、F3とする。M41、M51、M61,M71についても同様である。
As shown in FIGS. 10 and 11, the distances in the planar direction between the
図9のカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタと上層の広幅配線20と広幅配線20とは異なる配線層の広幅配線30を図8のように配置することにより、図2の回路図における各端子ミラー101~107に接続するMOSトランジスタの各組において、MOSトランジスタから広幅配線30までの平面方向の距離は例えば以下のようになり、いずれもF1,F2、F3、G1の組み合せとなる。
By arranging, as shown in FIG. 8, MOS transistors and
≪ミラー端子100≫(ミラー元)
トランジスタM01~M04:広幅配線30までの距離G1、F3、F2、F1
≪ミラー端子101≫(ミラー先)
トランジスタM11~M14:広幅配線30までの距離F1、G1、F3、F2
≪ミラー端子102≫(ミラー先)
トランジスタM21~M24:広幅配線30までの距離F2、F1、G1、F3
≪ミラー端子103≫(ミラー先)
トランジスタM31~M34:広幅配線30までの距離F3、F2、F1、G1
以上のように、MOSトランジスタから広幅配線20および広幅配線30までの平面方向の距離の組み合せは、カレントミラー回路のミラー元(100)、ミラー先(101~107)の各端子間で同じであり、広幅配線の応力の影響をミラー元とミラー先の端子で同等にすることができるため、カレントミラー回路のミラー比の初期バラツキ低減および経年劣化(経時変化)の抑制ができる。<<mirror terminal 100>> (mirror source)
Transistors M01 to M04: Distances G1, F3, F2, F1 to
<<mirror terminal 101>> (mirror tip)
Transistors M11 to M14: Distances F1, G1, F3, F2 to
<<mirror terminal 102>> (mirror tip)
Transistors M21 to M24: Distances F2, F1, G1, F3 to
<<mirror terminal 103>> (mirror tip)
Transistors M31 to M34: Distances F3, F2, F1, G1 to
As described above, the combination of distances in the plane direction from the MOS transistor to the
以上説明したように、本実施例の半導体装置では、複数の配線は、第1の配線層に配置される複数の広幅配線20と、第1の配線層と異なる第2の配線層に配置される複数の広幅配線30と、を有しており、第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)の各半導体素子(MOSトランジスタM01,M11,M21,M31)から平面方向において最も近い位置の第1の配線層に配置される広幅配線20までの平面方向の各距離の組み合せと、第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)の各半導体素子(MOSトランジスタM41,M51,M61,M71)から平面方向において最も近い位置の第1の配線層に配置される広幅配線20までの平面方向の各距離の組み合せが等しくなるように第1の配線層の複数の広幅配線20が配置され、第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)の各半導体素子(MOSトランジスタM01,M11,M21,M31)から平面方向において最も近い位置の第2の配線層に配置される広幅配線30までの平面方向の各距離の組み合せと、第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)の各半導体素子(MOSトランジスタM41,M51,M61,M71)から平面方向において最も近い位置の第2の配線層に配置される広幅配線30までの平面方向の各距離の組み合せが等しくなるように第2の配線層の複数の広幅配線30が配置されている。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the plurality of wirings are arranged in the plurality of
図12から図15を参照して、本発明の実施例3の半導体装置について説明する。図12は本実施例の半導体装置内におけるカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタM01~M74と、広幅配線20と、広幅配線20とは異なる配線層の広幅配線31の平面的な位置関係を示した例である。図12において、MOSトランジスタM01~M74と広幅配線20は図1と同じである。また、本実施例のカレントミラー回路は図2と同じである。図12のD-D’断面図を図13に示す。
A semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 15. FIG. FIG. 12 shows the planar positional relationship among the MOS transistors M01 to M74 forming the current mirror circuit in the semiconductor device of this embodiment, the
本実施例では図13に示すように、広幅配線31は広幅配線20よりMOSトランジスタ側(下層側)に配置されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 13, the
以下に、本実施例のMOSトランジスタと広幅配線20,広幅配線31の詳細な配置を説明する。図14は図12の左から8個のMOSトランジスタM01~M71の領域を拡大して示した平面図であり、図15は図14のE-E’断面図である。図14および図15において、MOSトランジスタM01~M71と広幅配線20との平面方向の距離D1、D2、E1、E2は実施例1の図4、図5と同じである。
The detailed arrangement of the MOS transistors and the
また、広幅配線20と広幅配線31が平面的に重なった領域とMOSトランジスタM01、M11、M21、M31との平面方向の距離を、それぞれH3、H2、H1、J1とする。カレントミラー回路を構成するMOSトランジスタと上層の広幅配線20と広幅配線31を図12、図13のように配置した場合、図2の回路図の各ミラー端子101~107に接続するMOSトランジスタの組において、MOSトランジスタから広幅配線20と広幅配線31の重なり領域までの平面方向の距離は、例えば以下のようになり、いずれもH1,H2、H3、J1の組み合せとなる。
In addition, the distances in the plane direction between the region where the
≪ミラー端子100≫(ミラー元)
トランジスタM01~M04:広幅配線31までの距離H3、J1、H1、H2
≪ミラー端子101≫(ミラー先)
トランジスタM11~M14:広幅配線31までの距離H2、H3、J1、H1
≪ミラー端子102≫(ミラー先)
トランジスタM21~M24:広幅配線31までの距離H1、H2、H3、J1
≪ミラー端子103≫(ミラー先)
トランジスタM31~M34:広幅配線31までの距離J1、H1、H2、H3
以上のように、MOSトランジスタから広幅配線20および広幅配線31までの平面方向の距離の組み合せと、MOSトランジスタから広幅配線20と広幅配線31の重なりまでの平面方向の距離の組み合せをカレントミラー回路のミラー元と各ミラー先の端子のMOSトランジスタの組み合せ毎に同じにすることにより、広幅配線の応力の影響をミラー元とミラー先で同等にすることができ、カレントミラー回路のミラー比の初期バラツキ低減と経年劣化(経時変化)が抑制できる。<<mirror terminal 100>> (mirror source)
Transistors M01 to M04: Distances H3, J1, H1, H2 to
<<mirror terminal 101>> (mirror tip)
Transistors M11 to M14: Distances H2, H3, J1, H1 to
<<mirror terminal 102>> (mirror tip)
Transistors M21 to M24: Distances H1, H2, H3, J1 to
<<mirror terminal 103>> (mirror tip)
Transistors M31 to M34: distances J1, H1, H2, H3 to
As described above, the combination of the distances in the plane direction from the MOS transistor to the
以上説明したように、本実施例の半導体装置では、複数の配線は、第1の配線層に配置される複数の広幅配線20と、第1の配線層と異なる第2の配線層に配置される複数の広幅配線31と、を有しており、第1の配線層に配置された広幅配線20と第2の配線層に配置された広幅配線31が重なるように配置されており、第1の半導体素子グループ(ミラー端子100のグループ)の各半導体素子(MOSトランジスタM01,M11,M21,M31)から平面方向において最も近い第1の配線層に配置された広幅配線20と第2の配線層に配置された広幅配線31を重ね合わせた位置までの平面方向の各距離の組み合せと、第2の半導体素子グループ(ミラー端子101のグループ)の各半導体素子(MOSトランジスタM41,M51,M61,M71)から平面方向において最も近い第1の配線層に配置された広幅配線20と第2の配線層に配置された広幅配線31を重ね合わせた位置までの平面方向の各距離の組み合せが等しくなるように、第1の配線層に配置された広幅配線20と第2の配線層に配置された広幅配線31が配置されている。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the plurality of wirings are arranged in the plurality of
図16から図18を参照して、本発明の実施例4の半導体装置について説明する。図16は本実施例の半導体装置内におけるカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタM01~M84と広幅配線21の平面的な位置関係を示した例である。また、図17に図16のカレントミラー回路の回路図を示す。図16は、図1と同様に、複数のMOSトランジスタM01~M84の配列はX方向に配置され、複数の広幅配線21はそれぞれMOSトランジスタM01~M84に垂直なY方向に延伸して配置されている。但し、本実施例では、1つの広幅配線21の幅W3は1つのMOSトランジスタの幅W1の約5倍である。
A semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 to 18. FIG. FIG. 16 is an example showing the planar positional relationship between the MOS transistors M01 to M84 and the
図17のミラー元のミラー端子120に接続するMOSトランジスタM01~M04は図16において、いずれも配線21の中央に配置している。一方、ミラー先のMOSトランジスタM11~M84は、実施例1(図1)と同様に、1つずつ順序を変えて配置される。図17の配置では、各ミラー先から最も近いミラー元までの平面方向の距離の組み合せが、ミラー先のミラー端子間で同じである。このため、ミラー元からの距離に依存したバラツキを低減できる。
The MOS transistors M01 to M04 connected to the
図18は、図16の左から9個のトランジスタM11~M81の領域を拡大して示した平面図である。MOSトランジスタM11、M21、M31、M41から広幅配線21の配線端までの平面方向の距離をそれぞれD4、D3、E3、E4とする。M51からM81も同様である。
FIG. 18 is a plan view showing an enlarged region of nine transistors M11 to M81 from the left in FIG. Let D4, D3, E3 and E4 be the distances in the planar direction from the MOS transistors M11, M21, M31 and M41 to the wiring end of the
図17のミラー先の各ミラー端子121~128において、図16のようにMOSトランジスタと広幅配線21を配置することにより、MOSトランジスタから広幅配線21までの平面方向の距離の組み合わせは、いずれもD3、D4、E3、E4になる。これにより、各ミラー先の広幅配線の影響は同等になるため、ミラー先間のミラー比バラツキは低減される。
By arranging the MOS transistors and the
但し、ミラー元は配線応力の影響がミラー先と異なる。このため、本実施例の場合は、必要なミラー比となるようにミラー元とミラー先のMOSトランジスタサイズの調整や、半導体集積回路装置を製造後にキャリブレーションによるミラー比の補正を行う。 However, the effect of wiring stress on the mirror source is different from that on the mirror destination. Therefore, in the case of this embodiment, the MOS transistor sizes of the mirror source and the mirror destination are adjusted so as to obtain the required mirror ratio, and the mirror ratio is corrected by calibration after the semiconductor integrated circuit device is manufactured.
また、ミラー比の長期変動に対しても、変動がある場合は補正が必要である。但し、ミラー先間の広幅配線によるひずみの影響は同じであるため、ミラー比の補正はミラー先毎に行う必要はなく、補正を簡略化できる。 Also, long-term fluctuations in the mirror ratio must be corrected if there are fluctuations. However, since the influence of the distortion due to the wide wiring between the mirror ends is the same, it is not necessary to correct the mirror ratio for each mirror end, and the correction can be simplified.
以上説明したように、本実施例の半導体装置では、上記回路はカレントミラー回路であり、複数の半導体素子(MOSトランジスタM01~M04)が並列に接続された第3の半導体素子グループ(ミラー端子120のグループ)をさらに備えており、第1の半導体素子グループ(ミラー端子121のグループ)および第2の半導体素子グループ(ミラー端子122のグループ)はカレントミラー回路のミラー先であり、第3の半導体素子グループ(ミラー端子120のグループ)はカレントミラー回路のミラー元である。 As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the circuit is a current mirror circuit, and a third semiconductor element group (mirror terminal 120) in which a plurality of semiconductor elements (MOS transistors M01 to M04) are connected in parallel. ), the first semiconductor element group (group of mirror terminals 121) and the second semiconductor element group (group of mirror terminals 122) are mirror destinations of the current mirror circuit, and the third semiconductor element group The element group (group of mirror terminals 120) is the mirror source of the current mirror circuit.
また、ミラー先となる半導体素子グループを複数有しており(ミラー端子121~128のグループ)、複数の半導体素子グループ(ミラー端子121~128のグループ)における各半導体素子から平面方向の距離が最も近い位置の広幅配線21までの平面方向の各距離の各組合せは、第1の半導体素子グループ(ミラー端子121のグループ)における平面方向の距離の組み合せと等しい。
In addition, it has a plurality of semiconductor element groups (groups of
図19を参照して、本発明の実施例5の半導体装置について説明する。図19は本実施例の半導体装置内におけるカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタM01~M74と広幅配線20および広幅配線20と同一配線層のダミー配線22の平面的な位置関係を示した例である。なお、本実施例のカレントミラー回路は図2と同じである。
A semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 19 is an example showing a planar positional relationship between the MOS transistors M01 to M74 constituting the current mirror circuit in the semiconductor device of this embodiment, the
本実施例では、カレントミラー回路を構成するMOSトランジスタM01~M74の配列に対し、広幅配線20が2本のみ配置されている。図1で広幅配線20が配置されている位置の一部に同一配線層で広幅配線20と同じ幅のダミー配線22を配置している。このダミー配線22は、実施例1と同様の理由により、MOSトランジスタが広幅配線20から受ける応力の影響をミラー先とミラー元の端子間で同等とする効果がある。
In this embodiment, only two
図3Bの応力シミュレーション結果に示したように、配線端と配線中央では、シリコンにかかる応力が異なるため、図19のダミー配線22は、MOSトランジスタ配列からY方向に伸ばす必要がある。
As shown in the stress simulation result of FIG. 3B, the stress applied to silicon is different between the wiring ends and the wiring center, so the
図20および図21を参照して、本発明の実施例6の半導体装置について説明する。図20は本実施例の半導体装置内におけるカレントミラー回路を構成するMOSトランジスタM01~M64と広幅配線20の平面的な位置関係を示した例である。実施例1(図1)と同様に、MOSトランジスタM01~M64の配列はX方向に配置され、広幅配線20はMOSトランジスタM01~M64に垂直なY方向に延伸して配置されている。また、1つの広幅配線20の幅W2は1つのMOSトランジスタの幅W1の約4倍である。また、図21に図20のカレントミラー回路の回路図を示す。
A semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 20 and 21. FIG. FIG. 20 is an example showing the planar positional relationship between the MOS transistors M01 to M64 and the
図20では、MOSトランジスタM01~M64と広幅配線20の位置を調整するため、MOSトランジスタ配列の中にダミー半導体素子であるダミートランジスタDM1~DM4を配置する。これにより、実施例1(図1)と同様に、図21のミラー端子130~136に対するMOSトランジスタの組において、MOSトランジスタから最も近い広幅配線20までの平面方向の距離の組み合わせは同じになるため、広幅配線20の応力の影響をミラー元とミラー先で同等にすることができ、カレントミラー回路のミラー比の初期バラツキ低減と経年劣化(経時変化)が抑制できる。
In FIG. 20, in order to adjust the positions of the MOS transistors M01 to M64 and the
なお、上記で説明した実施例1~6は、カレントミラー回路のミラー端子に並列に接続されたMOSトランジスタ組と上層配線の配置例であるが、MOSトランジスタ以外にも、例えば、バイポーラトランジスタや半導体抵抗素子などの半導体素子とその上層配線の配置としても良い。 The first to sixth embodiments described above are examples of arrangement of MOS transistor sets and upper wirings connected in parallel to the mirror terminals of the current mirror circuit. A semiconductor element such as a resistance element and an upper layer wiring may be arranged.
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。Moreover, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
M0~M7 :MOSトランジスタ
M01~M84:MOSトランジスタ
DM1~DM4:ダミートランジスタ
10 :(金属)配線層
20,21 :広幅(金属)配線
22 :(金属配線20と同一配線層の)ダミー配線
30、31 :(金属配線20と異なる配線層の)広幅(金属)配線
W1~W3 :トランジスタサイズまたは金属配線の幅
100~107:(カレントミラー回路の)ミラー端子
110~117:(カレントミラー回路の)ミラー端子
120~128:(カレントミラー回路の)ミラー端子
130~136:(カレントミラー回路の)ミラー端子
D1~D4 :(MOSトランジスタから広幅金属配線までの平面方向の)距離
E1~E5 :(MOSトランジスタから広幅金属配線までの平面方向の)距離
F1~F3 :(MOSトランジスタから広幅金属配線までの平面方向の)距離
G1 :(MOSトランジスタから広幅金属配線までの平面方向の)距離
H1~H3 :(MOSトランジスタから広幅金属配線の重なりまでの平面方向の)距離
J1 :(MOSトランジスタから広幅金属配線の重なりまでの平面方向の)距離
200 :銅配線
300 :シリコン基板(半導体基板)
301 :シリコン(Si)層
302 :(シリコン層301とシリコン酸化膜401の)界面
400 :シリコン酸化膜
401 :シリコン酸化膜(層間酸化膜)
500 :ポリイミド膜M0 to M7: MOS transistors M01 to M84: MOS transistors DM1 to DM4: dummy transistors 10: (metal) wiring layer 20, 21: wide (metal) wiring 22: dummy wiring 30 (in the same wiring layer as the metal wiring 20), 31: wide (metal) wiring (of wiring layer different from metal wiring 20) W1 to W3: transistor size or width of metal wiring 100 to 107: mirror terminals (of current mirror circuit) 110 to 117: (of current mirror circuit) Mirror terminals 120 to 128: Mirror terminals (of the current mirror circuit) 130 to 136: Mirror terminals (of the current mirror circuit) D1 to D4: Distance (in the plane direction from the MOS transistor to the wide metal wiring) E1 to E5: (MOS Distances (in the plane direction from the transistor to the wide metal wiring) F1 to F3: Distance (in the plane direction from the MOS transistor to the wide metal wiring) G1: Distance (in the plane direction from the MOS transistor to the wide metal wiring) H1 to H3: Distance (in the plane direction from the MOS transistor to the overlap of the wide metal wiring) J1: Distance (in the plane direction from the MOS transistor to the overlap of the wide metal wiring) 200: Copper wiring 300: Silicon substrate (semiconductor substrate)
301: Silicon (Si) layer 302: Interface (between
500: Polyimide film
Claims (9)
前記第1の半導体素子グループと同層に配置され、複数の半導体素子が並列に接続された第2の半導体素子グループと、
前記第1の半導体素子グループおよび前記第2の半導体素子グループよりも上層に配置され、前記第1の半導体素子グループおよび前記第2の半導体素子グループの各半導体素子の幅よりも広い幅の複数の配線と、を備え、
前記第1の半導体素子グループと前記第2の半導体素子グループは対をなして所定のペア精度を有する回路を構成し、
前記第1の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い位置の前記配線までの平面方向の各距離の組み合せと、前記第2の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い位置の前記配線までの平面方向の各距離の組み合せが等しくなるように前記複数の配線が配置されている半導体装置。a first semiconductor element group in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel;
a second semiconductor element group arranged in the same layer as the first semiconductor element group and having a plurality of semiconductor elements connected in parallel;
a plurality of semiconductor element groups arranged in a higher layer than the first semiconductor element group and the second semiconductor element group and having a width wider than that of each semiconductor element of the first semiconductor element group and the second semiconductor element group; with wiring and
the first semiconductor element group and the second semiconductor element group are paired to form a circuit having a predetermined pair accuracy;
A combination of distances in the planar direction from each semiconductor element of the first semiconductor element group to the wiring closest in the planar direction, and a position closest to the semiconductor element in the second semiconductor element group in the planar direction. 2. A semiconductor device in which the plurality of wirings are arranged so that the combinations of distances in the plane direction to the wirings of are equal.
前記複数の配線は、第1の配線層に配置される複数の配線と、前記第1の配線層と異なる第2の配線層に配置される複数の配線と、を有し、
前記第1の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い位置の前記第1の配線層に配置される配線までの平面方向の各距離の組み合せと、
前記第2の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い位置の前記第1の配線層に配置される配線までの平面方向の各距離の組み合せが等しくなるように前記第1の配線層の複数の配線が配置され、
前記第1の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い位置の前記第2の配線層に配置される配線までの平面方向の各距離の組み合せと、
前記第2の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い位置の前記第2の配線層に配置される配線までの平面方向の各距離の組み合せが等しくなるように前記第2の配線層の複数の配線が配置されている半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
The plurality of wirings includes a plurality of wirings arranged in a first wiring layer and a plurality of wirings arranged in a second wiring layer different from the first wiring layer,
a combination of distances in the planar direction from each semiconductor element of the first semiconductor element group to a wire arranged in the first wiring layer at a position closest in the planar direction;
The first wiring layer is formed so that the combinations of distances in the planar direction from each semiconductor element of the second semiconductor element group to the wiring arranged in the first wiring layer closest in the planar direction are equal. are placed, and
a combination of distances in the planar direction from each semiconductor element of the first semiconductor element group to a wiring arranged in the second wiring layer closest in the planar direction;
The second wiring layer is formed so that the combinations of distances in the plane direction from each semiconductor element of the second semiconductor element group to the wiring arranged in the second wiring layer closest in the plane direction are equal. A semiconductor device in which a plurality of wirings are arranged.
前記複数の配線は、第1の配線層に配置される複数の配線と、前記第1の配線層と異なる第2の配線層に配置される複数の配線と、を有し、
前記第1の配線層に配置された配線と前記第2の配線層に配置された配線が重なるように配置されており、
前記第1の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い前記第1の配線層に配置された配線と第2の配線層に配置された配線を重ね合わせた位置までの平面方向の各距離の組み合せと、
前記第2の半導体素子グループの各半導体素子から平面方向において最も近い前記第1の配線層に配置された配線と第2の配線層に配置された配線を重ね合わせた位置までの平面方向の各距離の組み合せが等しくなるように、前記第1の配線層に配置された配線と第2の配線層に配置された配線が配置されている半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
The plurality of wirings includes a plurality of wirings arranged in a first wiring layer and a plurality of wirings arranged in a second wiring layer different from the first wiring layer,
The wiring arranged in the first wiring layer and the wiring arranged in the second wiring layer are arranged so as to overlap,
each in the plane direction from each semiconductor element of the first semiconductor element group to a position where the wiring arranged in the first wiring layer closest in the plane direction and the wiring arranged in the second wiring layer overlap each other; A combination of distances and
each in the plane direction from each semiconductor element of the second semiconductor element group to a position where the wiring arranged in the first wiring layer closest in the plane direction and the wiring arranged in the second wiring layer overlap each other; A semiconductor device, wherein the wirings arranged in the first wiring layer and the wirings arranged in the second wiring layer are arranged such that the combinations of distances are equal.
前記回路はカレントミラー回路であり、
前記第1の半導体素子グループは前記カレントミラー回路のミラー元であり、
前記第2の半導体素子グループは前記カレントミラー回路のミラー先である半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
the circuit is a current mirror circuit,
the first semiconductor element group is a mirror source of the current mirror circuit;
A semiconductor device in which the second semiconductor element group is a mirror destination of the current mirror circuit.
前記回路はカレントミラー回路であり、
複数の半導体素子が並列に接続された第3の半導体素子グループをさらに備え、
前記第1の半導体素子グループおよび前記第2の半導体素子グループは前記カレントミラー回路のミラー先であり、
前記第3の半導体素子グループは前記カレントミラー回路のミラー元である半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
the circuit is a current mirror circuit,
further comprising a third semiconductor element group in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel;
the first semiconductor element group and the second semiconductor element group are mirror destinations of the current mirror circuit;
A semiconductor device in which the third semiconductor element group is a mirror source of the current mirror circuit.
ミラー先となる半導体素子グループを複数有しており、
前記複数の半導体素子グループにおける各半導体素子から平面方向の距離が最も近い位置の前記配線までの平面方向の各距離の各組合せは、前記第1の半導体素子グループにおける平面方向の距離の組み合せと等しい半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 4 or 5,
It has multiple semiconductor element groups that serve as mirror destinations,
Each combination of the distances in the plane direction from each semiconductor element in the plurality of semiconductor element groups to the wiring at the position closest in the plane direction is equal to the combination of the distances in the plane direction in the first semiconductor element group. semiconductor device.
前記複数の配線にダミー配線を含む半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A semiconductor device including a dummy wiring in the plurality of wirings.
前記複数の半導体素子の配列にダミー半導体素子を含む半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A semiconductor device including a dummy semiconductor element in the arrangement of the plurality of semiconductor elements.
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